JP5371298B2 - 圧力タンク及び圧力タンクにおける内部欠陥検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧力タンク及び圧力タンクにおける内部欠陥検出方法に関するものである。

近年、気体を高圧で充填するための圧力タンクとしては、アルミや樹脂等からなるライナーと呼ばれる容器の外面を、プラスチックとガラスやカーボン等の繊維との複合材料である繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）により補強したものが用いられる場合がある。このような圧力タンクにあっては、軽量で、かつ耐圧特性に優れているというメリットがある。

一方、上述した圧力タンクは、ＦＲＰが何らかの外力によりダメージを受けることで、ＦＲＰが損傷したり、ライナー外面から剥離したりすると、ＦＲＰの耐力が急激に低下する。これに伴い、ＦＲＰにより補強されたライナーにもクラックが生じる虞がある。
ライナーにクラックが生じると、クラックの発生箇所に応力が集中し、クラックが変形、進展する。その結果、ライナーの耐圧性が低下してライナー内部に充填された気体がリークする虞がある。ライナーは、上述したようにＦＲＰにより覆われているため、ライナーに生じたクラックを目視では発見することができず、実際に気体がリークするまで気付かない可能性がある。

そこで、圧力タンクのクラックを目視によらず検出する方法としては、以下に示すような構成が知られている。
例えば特許文献１に示されるように、超音波探触子により容器外面から超音波を入射して走査し、反射エコーに基づく欠陥信号と位置検出器からの位置信号とにより、走査線に沿う断面画像や走行面の欠陥画像を得る構成が知られている。
さらに、特許文献２に示されるように、ライナーの外周に設けるＦＲＰ補強層に信号線で形成される検査回路を含ませ、この検査回路の信号線がＦＲＰ補強層の損傷に伴って断線することで、検査回路による信号伝送の有無によって補強層が健全であるか否かを検出する構成が知られている。
特開平２−１０２４５０号公報 特開平１０−３０７９７号公報

ところで、近年では、上述した圧力タンクを燃料電池車両等の燃料タンクとして車両に搭載する場合がある。この場合、事故等によって圧力タンクがダメージを受けることで、ライナーにクラックが生じ、ライナー内部から気体がリークする虞がある。

しかしながら、上述した特許文献１の構成では、超音波探触子を走査しつつ反射エコーを検出する構成であるため、継続的に車を使用しながら異常を検知することができない。したがって、圧力タンクのクラック検出を行うためには、圧力タンクを車両から取り外してから行わなければならず、メンテナンスのための工数及びコストが高く、効率が悪いという問題がある。
また、特許文献２の構成では、補強層に含まれた検査回路により、補強層が正常であるか否かを検出するものであるため、補強層の内部に設けられたライナーの探傷まで検知することはできない。また、より小さなクラックを検出するには、信号線の密度を増加させなければならず、コスト増を招くという問題がある。そして、信号線の断線により補強層のクラックを検出することはできるが、ライナーと補強層とが剥離した場合等、信号線が断線しない状態で補強層に異常が生じた場合を検出することができないという問題がある。

そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、継続的に車を使用しながら、メンテナンスのための工数及びコストを低減してメンテナンス効率を向上させた上で、ライナーにおけるクラック等の内部欠陥を確実、かつ速やかに検出することができる圧力タンク及び圧力タンクにおける内部欠陥検出方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、ライナー（例えば、実施形態におけるライナー２３）の外面を繊維強化プラスチックの補強層（例えば、実施形態における補強層２４）で補強したタンク本体（例えば、実施形態におけるタンク本体２０）を有する圧力タンク（例えば、実施形態における燃料ガスタンク９）であって、前記ライナーに接続され、前記ライナーを伝播する音波を検出する超音波センサ（例えば、実施形態における超音波センサ３７）と、前記超音波センサに接続され、前記超音波センサの検出結果に基づいて前記ライナーにおける内部欠陥の有無を判断する内部欠陥判断装置（例えば、実施形態における診断回路３８）と、を備え、前記内部欠陥判断装置は、前記ライナー内に気体を充填する際に前記超音波センサが検出する音波によって前記ライナーの内部欠陥の発生を判断し、前記ライナーの内部欠陥が発生した場合に、異常信号を出力し、前記タンク本体は、円筒部（例えば、実施形態における円筒部２１）と、前記円筒部の軸方向両端部において前記円筒部を閉塞する一対の鏡板部（例えば、実施形態における鏡板部２２ａ，２２ｂ）と、を備え、前記タンク本体は、燃料電池車（例えば、実施形態における燃料電池車両１）に気体燃料を供給するために車体内に搭載される高圧水素タンクであり、その軸方向が前記車体の車幅方向に一致した状態で配置され、前記一対の鏡板部のうち、一方の前記鏡板部の中央には前記タンク本体内に気体を充填するためのプラグ（例えば、実施形態におけるプラグ３０）が設けられ、他方の前記鏡板部の中央には前記超音波センサが設けられていることを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、前記圧力タンク内の圧力を検出する圧力センサ（例えば、実施形態における圧力センサ３５）と、前記タンク壁に内部欠陥が存在しない場合における前記タンク壁内の圧力と前記タンク壁を伝播する音波との関係が記憶された記憶部とを備え、前記内部欠陥判断装置は、前記圧力センサが検出した圧力に対応して前記記憶部に記憶された音波と、前記超音波センサが検出した音波とを比較することによってノイズキャンセルを行い、ノイズキャンセル後の音波の状態により内部欠陥の有無を判断することを特徴とする。

請求項３に記載した発明は、前記異常信号は、充填ステーションに向けて出力される充填動作停止指令信号であることを特徴とする。

請求項４に記載した発明は、前記内部欠陥判断装置により前記タンク壁の内部欠陥が発生したと判断された場合に、前記内部欠陥の発生を運転手に報知する報知手段を有することを特徴とする。

請求項５に記載した発明は、ライナーの外面を繊維強化プラスチックの補強層で補強したタンク本体を有し、前記タンク本体は、円筒部と、前記円筒部の軸方向両端部において前記円筒部を閉塞する一対の鏡板部と、を備え、前記タンク本体は、燃料電池車に気体燃料を供給するために車体内に搭載される高圧水素タンクであり、その軸方向が車体の車幅方向に一致した状態で配置され、前記一対の鏡板部のうち、一方の前記鏡板部の中央には前記タンク本体内に気体を充填するためのプラグが設けられ、他方の前記鏡板部の中央には前記超音波センサが設けられてなる圧力タンクにおける前記ライナーの内部欠陥検出方法であって、前記ライナー内の圧力上昇によって前記ライナーを伝播する音波を検出する音波検出ステップと、前記ライナーの内部欠陥の有無を判断する内部欠陥判断ステップと、前記内部欠陥判断ステップにより前記ライナーに内部欠陥が発生していると判断された場合に、異常信号を出力する異常信号出力ステップとを有し、前記内部欠陥判断ステップは、前記音波検出ステップで検出された音波の状態と、前記ライナーに内部欠陥が存在しない場合における前記ライナーを伝播される音波の状態とを比較することによってノイズキャンセルを行うノイズキャンセルステップを有し、前記ノイズキャンセルステップにおけるノイズキャンセル後の音波の状態により前記ライナーの内部欠陥の有無を判断することを特徴とする。

請求項１，５に記載した発明によれば、タンク壁内に気体を充填すると内部気体の圧力が上昇し、この圧力上昇によってタンク壁の内面には外方へ向けて（タンク壁を押し広げる方に向けて）応力が作用する。
この時、タンク壁にクラック等の内部欠陥が存在している場合には、タンク壁内の圧力上昇により内部欠陥の発生部位には応力が集中し、この応力によって内部欠陥の変形や進展が生じる。そして、内部欠陥の変形や進展に伴って、内部欠陥の発生部位からは大きな弾性波（いわゆる、クラック音）が発生する。このクラック音を超音波センサにより検出した場合に、タンク壁における内部欠陥の有無を、確実かつ速やかに判断することができる。これにより、補強層で覆われたタンク壁の内部欠陥を、目視によらずに判断することができる。そして、タンク壁に内部欠陥が存在した場合に、異常信号を出力することで、タンク壁から気体がリークするような大きな内部欠陥に進展する前に、充填動作を制限することができる。

請求項２に記載した発明によれば、ライナーに内部欠陥が存在しない場合のライナー内の圧力と、ライナーを伝播する音波との関係が記憶された記憶部を備えているため、この記憶部に記憶された音波と、超音波センサにより検出された音波の実測値とを比較することで、実測値のノイズキャンセルを行うことができる。つまり、ノイズキャンセルを行ってもなお音波が発生している場合に内部欠陥が発生していると判断することができる。したがって、微小なクラック音も検出することができるため、ライナーの内部欠陥を正確、かつ速やかに検出することができる。

請求項３に記載した発明によれば、上記本発明の圧力タンクを燃料電池車の車体内に搭載される高圧水素タンクに採用することで、圧力タンクを車体内に搭載した状態でライナーの内部欠陥を検出することができる。そのため、従来のようにライナーの内部欠陥の検出を行うために、圧力タンクを車両から取り外してから行う必要がなく、メンテナンスのための工数及びコストを低減することができる。また、車体内に搭載した状態でライナーの内部欠陥の検出を行うことができるため、ライナーの内部欠陥が大きな変形や進展をする前に速やかに検出することができ、安全性をより向上させることができる。

請求項３に記載した発明によれば、タンク壁に内部欠陥が生じた場合に、充填ステーションに向けて充填動作停止指令信号を出力することで、タンク壁内への気体の充填を停止することができるため、安全な充填作業を行うことができる。

請求項４に記載した発明によれば、タンク壁に内部欠陥が生じた場合に、内部欠陥の発生を運転手に報知することで、運転手は内部欠陥の発生を速やかに知ることができる。そのため、タンク壁から気体がリークすることを未然に防ぐための適切な修理を行うことができる。

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では圧力タンクを燃料電池車両に搭載した場合について説明する。また、以下の説明における前後左右などの向きは、特に特記が無ければ車両における向きと同一とする。また、図中矢印ＦＲは車両前方を、矢印ＬＨは車両左方を、矢印ＵＰは車両上方をそれぞれ示す。

（第１実施形態）
（燃料電池車両）
図１は本実施形態における燃料電池車両の概略構成図（側面図）である。
図１に示すように、燃料電池車両１は、水素と酸素との電気化学反応によって発電を行う燃料電池スタック（以下、燃料電池という）２を車体のフロア下に搭載し、この燃料電池２で生じた電力によりモータ３を駆動して走行する。燃料電池２は、単位電池（単位セル）を例えば車両前後方向に沿って多数積層してなる。そして、そのアノード側に燃料ガスとして水素ガスを供給し、カソード側に酸化剤ガスとして酸素を含む空気を供給することで、電気化学反応により電力および水を生成する。

モータ３は、燃料電池２のカソード側へ供給する空気を圧縮するコンプレッサ４とともに、フロントサブフレーム５に搭載された状態で、車体前部のモータルーム内に配置される。また、燃料電池２および燃料電池２のための補機６は、サブフレーム７に搭載された状態で、車体前後方向中間部のフロアパネル８の車室外側に配置される。さらに、燃料電池２のアノード側へ供給する水素ガスを蓄える燃料ガスタンク（圧力タンク）９は、モータ３からの回生電力を蓄電するバッテリ１１とともに、リアサブフレーム１２に搭載された状態で、車体後部のリアフロア１３の車室外側に配置されている。

なお、燃料電池２のための補機６とは、レギュレータやエゼクタなどの水素供給補機および加湿器や希釈ボックスなどの空気排出補機である。また、図１中符号１４，１５は燃料電池車両１の前後輪を、符号１６，１７は車室内の前後シートをそれぞれ示す。

（燃料ガスタンク）
次に、本実施形態の燃料ガスタンクについて説明する。図２は、燃料電池車両の概略構成図（背面図）であり、図３は燃料ガスタンクの断面図である。
図２，３に示すように、燃料ガスタンク９は、充填圧力が例えば３５ＭＰａの高圧水素タンクであって、両端が半球状に形成された円筒ボンベ形状のタンク本体２０を備えている。タンク本体２０は、その長手方向（軸方向）と車幅方向とを一致させた状態で、車体前後方向中間部のフロアパネル８の車室外側に配置されている。タンク本体２０は、軸方向中央部に形成された円筒部２１と、軸方向両端部において円筒部２１を閉塞するように形成された鏡板部２２ａ，２２ｂとで構成されている。

また、タンク本体２０は、ライナー２３と、ライナー２３を覆うように設けられた補強層２４とを備えている。
ライナー２３は、アルミニウムや樹脂材料等からなる円筒ボンベ状のものであり、このライナー２３で囲まれた内側が水素ガスを貯蔵するためのガス貯蔵室２５となっている。補強層２４は、プラスチックとガラスやカーボン等との複合材料である繊維強化プラスチックからなるものであり、ライナー２３の外面に密着して形成されている。このように、タンク本体２０がライナー２３と補強層２４とから構成されることで、補強層２４によりライナー２３を補強することができるため、金属のみからなるタンク本体に比べ、軽量で、かつ耐圧特性に優れているという効果がある。

タンク本体２０における軸方向一端側（図３における左側）の鏡板部２２ａの中央（ヘソ部）には、ライナー２３及び補強層２４を貫通する貫通孔２６が形成されており、ここに筒状の口金２７が固定されている。口金２７は、口金２７の内側はねじ孔２８となっており、ねじ孔２８の一端はタンク本体２０の外部に開口し、他端はガス貯蔵室２５内に開口している。そして、口金２７の一端の外周面には、径方向外側に張り出すフランジ部２９が形成されており、このフランジ部２９と補強層２４の外面とが当接するようにして口金２７が固定されている。

口金２７のねじ孔２８には、ガス遮蔽性を有するプラグ３０が螺着されている。プラグ３０は、その外周面にねじ溝が形成され、口金２７のねじ孔２８に螺合されるねじ部３１と、ねじ部３１の一端側においてねじ部３１の外径より大きく形成された頭部３２とで構成されている。つまり、プラグ３０は、タンク本体２０のメンテナンス等、必要に応じて口金２７から取り外し、再び装着することができるようになっており、口金２７に対して着脱可能に構成されている。なお、プラグ３０の頭部３２と、口金２７のフランジ部２９との間には、Ｏリング等のシール部材３３が設けられており、口金２７とプラグ３０との間がシールされている。

ここで、プラグ３０には、ガス貯蔵室２５内への水素ガスの供給または、ガス貯蔵室２５内から水素ガスを排気して燃料電池車両１の燃料ガスライン４０（図２参照）に供給するための給排管３４が接続されている。給排管３４は、ガス貯蔵室２５内に突出しており、その先端は他端側の鏡板部２２ｂに向けて指向している。一方、給配管３４の基端側は、燃料ガスライン４０（図２参照）に接続されている。また、プラグ３０には、ガス貯蔵室２５内の圧力を検出するための圧力センサ３５も接続されている。

一方、他端側の鏡板部２２ｂの中央（ヘソ部）には、超音波センサ３７が取り付けられている。この超音波センサ３７は、ライナー２３中を伝播される音波を検出するためのものであり、ライナー２３の外周面に直接取り付けられている。
そして、超音波センサ３７には、診断回路（内部欠陥判断装置）３８が接続されている。この診断回路３８は、圧力センサ３５により検出されたガス貯蔵室２５内の圧力を圧力信号として受信するとともに、超音波センサ３７により検出された音波の状態を検出信号として受信し、これら信号に基づいてライナー２３にクラック等の内部欠陥が存在するか否かを判断するものである。診断回路３８は、正常時（内部欠陥が存在しない場合）のガス貯蔵室２５内の圧力と、その圧力時にライナー２３中や補強層２４中を伝播する音波との関係が予め記憶された記憶部を備えている。また、診断回路３８には、圧力センサ３５により検出されたガス貯蔵室２５内の圧力と、その圧力時に超音波センサ３７により検出された音波との実測値が随時記憶されるようになっている。

診断回路３８には、ＥＣＵ（内部欠陥判断装置）３９が接続されている。このＥＣＵ３９は、燃料電池車両１における電気的な制御を総合的に行うためのものであり、診断回路３８の判断に基づいてライナー２３に内部欠陥が存在する場合には、図示しない充填ステーションに向けて充填動作停止指令信号を出力する。また、ＥＣＵ３９には、図示しない報知手段が接続されており、診断回路３８の判断に基づいてライナー２３に内部欠陥が存在する場合には、報知手段に向けて警告信号を出力する。そして、警告信号を受信した報知手段は、運転手に向けて警告を発するように構成されている。

（燃料ガスタンクにおける内部欠陥の検出方法）
次に、燃料ガスタンク９の内部欠陥検出方法について説明する。本実施形態の内部欠陥の検出は、いわゆるアコースティックエミッション法（ＡＥ法）によるものである。なお、以下の説明では、水素ガスの充填時において、ライナー２３の一部にクラック（図３中符号Ｃ参照）が存在している場合の検出方法について説明する。
まず、図３に示すように、給配管３４を通して、タンク本体２０のガス貯蔵室２５内に水素ガスを充填すると、ガス貯蔵室２５内の圧力（最大３５ＭＰａ程度）が上昇する。そして、圧力センサ３５はガス貯蔵室２５内の圧力変化を常時検出し、その検出結果を圧力信号として診断回路３８に向けて出力する（圧力検出ステップ）。

ガス貯蔵室２５内の圧力が増加すると、ライナー２３の内周面に作用する応力が増加し、この応力によってライナー２３に音波が発生する。この音波はライナー２３中や補強層２４中を伝播して超音波センサ３７により検出される（図３中矢印Ａ参照）。超音波センサ３７により検出された音波の検出結果は、検出信号として診断回路３８に向けて出力される（音波検出ステップ）。

ここで、ガス貯蔵室２５内の圧力が増加すると、ライナー２３におけるクラックＣの発生部位には応力が集中し、この応力によってクラックＣの変形や進展が生じる。そして、クラックＣの変形や進展に伴って、クラックＣの発生部位からは大きな弾性波（いわゆる、クラック音）が発生する。クラックＣの発生部位から発生したクラック音は、ライナー２３中や補強層２４中を伝播して超音波センサ３７により検出される。超音波センサ３７は、検出したクラック音をクラック音検出信号として診断回路３８に出力する。
そして、診断回路３８は、圧力センサ３５により出力された圧力信号と、超音波センサ３７により出力された音波検出信号及びクラック音検出信号とを受信し、記憶部に記憶する。

次に、診断回路３８においてノイズキャンセルを行い、クラック音検出信号により得られたクラック音がノイズによるものか、それともクラックによるものかの判断を行う（ノイズキャンセルステップ）。具体的には、まず診断回路３８は、クラック音発生時において圧力センサ３５が検出した圧力レベルに対応した、ライナー２３が正常時の音波を記憶部から算出する。そして、診断回路３８は、クラック音発生時の音波の実測値と、予め記憶部に記憶された音波との差分を計算する。これにより、クラックＣの発生部位における音波の増加量を算出することができる。
そして、算出結果がある閾値（以下、クラック判定値という）よりも低い場合、診断回路３８により得られたクラック音がノイズによるものと判断する。一方、算出結果がクラック判定値以上である場合、ライナー２３にクラックＣが発生していると判断する。そして、診断回路３８は、ライナー２３にクラックが発生していると判断すると、ＥＣＵ３９に向けてクラック発生信号を出力する。

ＥＣＵ３９は、クラック発生信号を受信すると、充填ステーションに向けて充填動作停止指令信号を出力するとともに、報知手段に向けて運転手にクラックＣの発生を知らせる警告信号を出力する（制御信号出力ステップ）。充填動作停止指令信号を受信した充填ステーションは、タンク本体２０への燃料ガスの充填を停止する。同時に、警告信号を受信した報知手段は、運転手に向けて警告を発する。これにより運転手は、クラックＣの発生を速やかに知ることができる。

このように、本実施形態では、ライナー２３内に水素ガスを充填する際に超音波センサ３７が検出する音波によってライナー２３のクラックＣの発生を判断し、ライナー２３のクラックＣが発生した場合に、異常信号を出力する構成とした。
この構成によれば、ライナー２３内に水素ガスを充填するとガス貯蔵室２５内の圧力が上昇し、この圧力上昇によってライナー２３の内面には外方へ向けて（ライナーを押し広げる方に向けて）応力が作用する。
この時、ライナー２３にクラック等の内部欠陥が存在している場合には、ガス貯蔵室２５内の圧力上昇によりクラックＣの発生部位には応力が集中し、この応力によってクラックＣの変形や進展が生じる。そして、クラックＣの変形や進展に伴って、クラックＣの発生部位からはクラック音が発生する。このクラック音を超音波センサ３７により検出した場合に、超音波センサ３７により検出された音波の実測値と、予め診断回路３８に記憶された正常時の音波とに基づいてクラックＣの発生を、確実かつ速やかに判断することができる。これにより、補強層２４で覆われたライナー２３のクラックＣを、目視によらずに判断することができる。そして、クラックＣの発生を判断した後、充填ステーションと報知手段とに対して制御信号を出力することで、ライナー２３から水素ガスがリークするような大きなクラックＣに進展する前に、充填動作を制限することができる。

また、診断回路３８は、ライナー２３にクラックＣが存在しない場合のガス貯蔵室２５内の圧力と、その圧力時にライナー２３中を伝播する音波との関係が記憶された記憶部を備えているため、この記憶部に記憶された音波と、超音波センサ３７により検出された音波の実測値とを比較することで、実測値のノイズキャンセルを行うことができる。つまり、ノイズキャンセルを行ってもなお音波が発生している場合にクラックＣが発生していると判断することができる。したがって、微小なクラック音も検出することができるため、ライナー２３のクラックＣを正確、かつ速やかに検出することができる。

さらに、ライナー２３にクラックＣが発生した場合に、充填ステーションに向けて充填動作停止指令信号を出力することで、ガス貯蔵室２５内への水素ガスの充填を停止することができるため、安全な充填作業を行うことができる。
同時に、ライナー２３にクラックＣが生じた場合に、クラックＣの発生を運転手に報知することで、運転手はクラックＣの発生を速やかに知ることができる。そのため、ライナー２３から水素ガスがリークすることを未然に防ぐための適切な修理を行うことができる。

このように、本実施形態の燃料ガスタンク９を燃料電池車両１の車体内に搭載される高圧水素タンクに採用することで、燃料ガスタンク９を継続的に車体内に搭載した状態でライナー２３のクラックＣを検出することができる。そのため、従来のようにライナー２３のクラックＣの検出を行うために、燃料ガスタンク９を車両から取り外してから行う必要がなく、メンテナンスのための工数及びコストを低減することができる。
また、車体内に搭載した状態でライナー２３のクラックＣの検出を行うことができるため、ライナー２３のクラックＣが大きな変形や進展をする前に速やかに検出することができる。そのため、ライナー２３内から水素ガスがリークすることなく、安全な状態でメンテナンス等を行うことができるため、安全性をより向上させることができる。

（第２実施形態）
（燃料ガスタンク）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図４は第２実施形態における燃料ガスタンクの断面図である。なお、以下の説明では上述した第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明は省略する。
図４に示すように、本実施形態の燃料ガスタンク１２０は、タンク本体２０における他端側の鏡板部２２ｂの中央部に、超音波探触子１３７を備えている。この超音波探触子１３７は、ピエゾ素子等からなりライナー２３中に音波を入射するとともに（図４中矢印Ｂ１）、その反射波（エコー）を受信するものである（図４中矢印Ｂ２）。つまり、超音波探触子１３７は、音波の発振機と音波を受信するセンサとの双方を兼ね備えている。超音波探触子１３７から発信される音波の周波数は、燃料電池車両１の振動等からのノイズによって干渉されず、かつタンク本体２０内のクラックＣを検出できる程度に設定することが好ましく、具体的には数十ｋＨｚ以上数ＭＨｚ程度に設定することが好ましい。

なお、本実施形態の診断回路３８の記憶部には、ライナー２３が正常時の場合における超音波探触子１３７の入射波に対するエコーの関係が予め記憶されている。

（燃料ガスタンクにおける内部欠陥の検出方法）
次に、図５のフローチャートに基づいて、第２実施形態における内部欠陥の検出方法を説明する。本実施形態の内部欠陥の検出は、いわゆるソナー法によるものである。なお、以下の説明では、燃料電池車両１のイグニッションｏｎ（ＩＧ ｏｎ）から発進までの間に、内部欠陥を検出する場合について説明する。
図５に示すように、まずステップＳ１０において、燃料電池車両１のイグニッションをｏｎにした後、ステップＳ１１に進む。

次に、ステップＳ１１において、自己システムチェックを行う。自己システムチェックは、比較的大きなクラックＣを検出するためのものであって、クラックＣの進展等によりタンク本体２０からリーク等の異常が発生しているか否かを判断する。
ステップＳ１１における判断結果が「正常」である場合、自己システムチェックによりリーク等は発見されないと判断してステップＳ１２に進む。一方、ステップＳ１１における判断結果が「異常」である場合、自己システムチェックによりリーク等の発生ありと判断してステップＳ１６に進む。

次に、ステップＳ１２において、超音波探触子１３７によりライナー２３に向けて音波を入射する（音波入射ステップ）。すると、音波はライナー２３中や補強層２４中を伝播した後、超音波探触子１３７に向けてエコーとして戻ってくる。
そして、ステップＳ１３において、超音波探触子１３７によりエコーの状態（例えば、振幅）を検出し、その検出結果をエコー検出信号として診断回路３８に向けて出力する（反射波受信ステップ）。

ここで、ステップＳ１４において、診断回路３８によりエコー検出信号を受信し、この検出信号に基づいてエコーが異常であるか否かを判断する（ノイズキャンセルステップ）。
図６は時間（Ｔ）に対するエコーの振幅を示すグラフであり、（ａ）は正常時、（ｂ）はクラック発生時、（ｃ）はクラックのみの振幅を示している。
図６（ａ）に示すように、エコーの状態が正常である場合（ライナー２３にクラックＣが存在しない場合）には、時間Ｔ１からＴ２までの領域以外では、ライナー２３から反射されたエコーが検出されており、エコーの振幅はほぼ一定の領域に収まっている。つまり、ライナー２３中（円筒部２１及び鏡板部２２ａ，２２ｂ）で反射するエコー（時間Ｔ１からＴ２以外の領域）については、ライナー２３の板厚等はほぼ均一であるため、ライナー２３中を伝播する音波はほぼ一定の振幅で伝播される。これに対して、時間Ｔ１からＴ２までの領域では、エコーの振幅が増加している。時間Ｔ１からＴ２では、上述した口金２７から反射したエコーが検出されている。つまり、口金２７はライナー２３と材質も異なり、ライナー２３に比べて構造が複雑であるため、口金２７中を伝播するエコーの振幅はライナー２３中を伝播するエコーの振幅に比べて大きくなる。

一方、図６（ｂ）に示すように、例えば時間Ｔ３からＴ４においてライナー２３にクラックＣが発生すると、クラックＣの発生部位を伝播する音波の振幅が、正常時にライナー２３中を伝播する音波の振幅よりも大きくなる（図６（ｂ）破線参照）。
そこで、本実施形態では、診断回路３８において、クラック発生時における音波の振幅（実測値）と予め記憶部に記憶された正常時における音波の振幅との差分を算出する。この算出結果より、図６（ｃ）に示すように、クラック発生時における音波の振幅と正常時における音波の振幅との差分、すなわちクラックＣの発生部位のみの振幅の増加量が求められる。そして、その算出結果がクラック判定値よりも低い場合、エコーが正常（「ＮＯ」）であると判断してステップＳ１５に進む。一方、算出結果がクラック判定値以上であれば、エコーが異常（「ＹＥＳ」）、すなわちクラックＣの発生ありと判断してステップＳ１６に進む。

次に、ステップＳ１４における判断結果が「ＮＯ」であった場合、ステップＳ１５において、ライナー２３にクラックＣ等の内部欠陥はないと判断し、燃料電池車両１が始動する。
これに対して、ステップＳ１４における判断結果が（「ＹＥＳ」）であった場合、ステップＳ１６において、診断回路３８からＥＣＵ３９に向けてクラック発生信号を出力する。そして、上述した第１実施形態と同様に、充填ステーションに向けて充填動作停止指令信号を出力するとともに、報知手段に向けて運転手にクラックＣの発生を知らせる警告信号を出力する（制御信号出力ステップ）。
以上により、本実施形態の内部欠陥検出方法のフローを終了する。

このように、上述した実施形態では、超音波探触子１３７からライナー２３に入射された音波は、ライナー２３中で反射して戻ってくる。そして、戻ってきたエコーの音波の状態と正常時においてライナー２３に伝播する音波の状態とを比較することで、エコーの音波の状態に異常があった場合に、ライナー２３にクラックＣの虞があると判断することができる。さらに、正常時における音波の状態により、エコーの状態に対してノイズキャンセルを行うことで、クラックＣの発生を確実に検出することができる。
したがって、上述した第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

ところで、本実施形態では、超音波探触子１３７と口金２７とをそれぞれ鏡板部２２ａ，２２ｂの中央部に配置しているため、入射波とエコーとの音波は、口金２７と超音波探触子１３７とを対称にしてほぼ同一形状の波形が得られる。つまり、口金２７から検出されるエコーの領域（図６中時間Ｔ１からＴ２）を特定することで、一端側の鏡板部２２ａから他端側の鏡板部２２ｂまでエコーが伝播されるまでの時間が時間Ｔ１からＴ２ということになる。これにより、エコーの伝播位置をおおよそ特定することができるため、クラックＣの発生部位までを目視によらず特定することができ、よりメンテナンス効率を向上させることができる。

なお、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造や形状などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、上述の実施形態では、第１実施形態においては水素ガスの充填時、第２実施形態においては燃料電池車両のイグニッションｏｎ時に内部欠陥の検出を行う場合について説明したが、検出のタイミングは任意に設定することが可能である。

本発明の実施形態における燃料電池車両を示す概略構成図（側面図）である。 本発明の実施形態における燃料電池車両を示す概略構成図（後面図）である。 第１実施形態における燃料ガスタンクの断面図である。 第２実施形態における燃料ガスタンクの断面図である。 第２実施形態における燃料ガスタンクの内部欠陥の検出方法を示すフローチャートである。 （ａ）〜（ｃ）は、時間（Ｔ）に対する音波の振幅を示すグラフであり、（ａ）は正常時、（ｂ）はクラック発生時、（ｃ）はクラックのみの振幅を示している。

符号の説明

１…燃料電池車両（燃料電池車） ９…燃料ガスタンク（圧力タンク） ２３…ライナー ２４…補強層 ３７…超音波センサ ３８…診断回路（内部欠陥判断装置） ３９…ＥＣＵ（内部欠陥判断装置） １３７…超音波探触子

Claims (5)

1. ライナーの外面を繊維強化プラスチックの補強層で補強したタンク本体を有する圧力タンクであって、
   前記ライナーに接続され、前記ライナーを伝播する音波を検出する超音波センサと、
   前記超音波センサに接続され、前記超音波センサの検出結果に基づいて前記ライナーにおける内部欠陥の有無を判断する内部欠陥判断装置と、を備え、
   前記内部欠陥判断装置は、前記ライナー内に気体を充填する際に前記超音波センサが検出する音波によって前記ライナーの内部欠陥の発生を判断し、前記ライナーの内部欠陥が発生した場合に、異常信号を出力し、
   前記タンク本体は、円筒部と、前記円筒部の軸方向両端部において前記円筒部を閉塞する一対の鏡板部と、を備え、
   前記タンク本体は、燃料電池車に気体燃料を供給するために車体内に搭載される高圧水素タンクであり、その軸方向が前記車体の車幅方向に一致した状態で配置され、
   前記一対の鏡板部のうち、一方の前記鏡板部の中央には前記タンク本体内に気体を充填するためのプラグが設けられ、他方の前記鏡板部の中央には前記超音波センサが設けられていることを特徴とする圧力タンク。
2. 前記圧力タンク内の圧力を検出する圧力センサと、
   前記ライナーに内部欠陥が存在しない場合における前記ライナー内の圧力と前記ライナーを伝播する音波との関係が記憶された記憶部とを備え、
   前記内部欠陥判断装置は、前記圧力センサが検出した圧力に対応して前記記憶部に記憶された音波と、前記超音波センサが検出した音波とを比較することによってノイズキャンセルを行い、ノイズキャンセル後の音波の状態により内部欠陥の有無を判断することを特徴とする請求項１記載の圧力タンク。
3. 前記異常信号は、充填ステーションに向けて出力される充填動作停止指令信号であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の圧力タンク。
4. 前記内部欠陥判断装置により前記ライナーの内部欠陥が発生したと判断された場合に、前記内部欠陥の発生を運転手に報知する報知手段を有することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の圧力タンク。
5. ライナーの外面を繊維強化プラスチックの補強層で補強したタンク本体を有し、
   前記タンク本体は、円筒部と、前記円筒部の軸方向両端部において前記円筒部を閉塞する一対の鏡板部と、を備え、
   前記タンク本体は、燃料電池車に気体燃料を供給するために車体内に搭載される高圧水素タンクであり、その軸方向が車体の車幅方向に一致した状態で配置され、
   前記一対の鏡板部のうち、一方の前記鏡板部の中央には前記タンク本体内に気体を充填するためのプラグが設けられ、他方の前記鏡板部の中央には前記超音波センサが設けられてなる圧力タンクにおける前記ライナーの内部欠陥検出方法であって、
   前記ライナー内の圧力上昇によって前記ライナーを伝播する音波を検出する音波検出ステップと、
   前記ライナーの内部欠陥の有無を判断する内部欠陥判断ステップと、
   前記内部欠陥判断ステップにより前記ライナーに内部欠陥が発生していると判断された場合に、異常信号を出力する異常信号出力ステップとを有し、
   前記内部欠陥判断ステップは、前記音波検出ステップで検出された音波の状態と、前記ライナーに内部欠陥が存在しない場合における前記ライナーを伝播される音波の状態とを比較することによってノイズキャンセルを行うノイズキャンセルステップを有し、前記ノイズキャンセルステップにおけるノイズキャンセル後の音波の状態により前記ライナーの内部欠陥の有無を判断することを特徴とする内部欠陥検出方法。

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